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摘要：针对当前高等农林院校非计算机专业对学生计算机实践创新能力的要求，本文介绍了我校具有鲜明农林高校特色的基于开放、综合、创新的计算机基础实验教学体系的构建及其具体实践探索。
关键词：计算机基础；实验教学体系；开放式；教学改革
近年来，计算机基础教学面临两大挑战：一是要促进计算机与其他学科专业交叉与融合，二是要努力提高学生运用信息技术解决实际问题的能力。应对挑战的有效路径之一是要按“以人为本，夯实基础、面向应用、培养创新”的教育理念来有效提高实验教学质量。然而，目前计算机基础实验教学还存在许多与社会信息化建设需求不相适应的问题，如师生认识不够，教学方法落后，实验指导不到位，队伍力量薄弱，实验条件差，实验内容陈旧，脱离各个专业领域应用方向，综合性、设计性和创新性项目偏少，考核评价体系单一等。
以下结合华中农业大学理学院计算机科学系近10年来的改革和探索，介绍在基于开放、综合、创新的环境下，以培养学生实践创新能力为核心的计算机基础实验教学改革的一些措施与体会。
一、构建以能力为导向的分类分层次培养的实验教学体系
华中农业大学理学院计算机科学系承担了本校信息类专业的全部专业教学和非计算机专业本科生所有计算机基础课程的教学任务。每学年学生人数达10000余人，年累计实验学时为28万学时。经过十余年的建设与摸索，计算机科学系坚持实验建设与课程建设齐头并进的原则，根据“精讲多练”的教学思想，将所有实验课程单独设课。改变了实验依附理论教学的尴尬局面，逐步构建了适合普通高等农林院校的以能力为导向的分类分层次模块化的计算机基础实验教学体系。2004年在教指委提出的“1+X”课程改革方案基础上，我们将分类分层次思想进行了拓展，从“学科专业、知识结构、培养层次”和“知识点、技能点”两个方面来构建立体化的实验教学体系，提出了“2+X”的实验教学设计思路，即2门必修课加x门选修课。实践表明，这种方案符合了目前計算机基础实验教学的实际需求。
1、开放式实验教学体系的构建
为了实现“以学生为主体，教师为主导”的实验教学理念以及“计算机基础教学服务于专业人才培养”的目标，提高学生综合及创造性地运用计算机知识解决实际问题的能力，提高学生的科学素养及文化素养，实现师资、设备、场地等资源的优化组合，整体提高实验教学的效率和效果，我们设计了构建了如下表所示的实验教学体系。
其中，将计算机基础实验课程划分为大学计算机基础实验、程序设计实验、公选课实验、创新性实验4个层次：为使计算机基础实验课程的教学服务于各专业人才培养目标，将各专业划分为农林、理工、人文3个类别。在分层次、分类别的基础上，实现了适应学校不同专业特点的计算机基础实验教学课程体系。
2、开放式实验教学体系的实施
(1)大学计算机基础实验模块。实验模块分为单元模块、综合模块和设计模块，每一个模块内部由多个实验项目构成。单元模块由基础验证型实验项目和单元综合型实验项目构成，培养学生的基本操作能力。综合模块由面向应用的横跨多个单元模块的综合实验项目构成，培养学生的综合应用能力。设计模块则主要培养学生的团队合作创新能力。在设计模块中，教师在第一次理论讲解课上，结合实例向学生讲解整个流程，然后将学生分组，并与各小组协商分配题目，题目尽量突出专业与兴趣；小组围绕题目主题，划分若干个子任务。分配给每个成员；每个小组成员利用课外时间从互联网上收集信息，并写成论文(Word文档)，数据通过Excel软件处理，形成Excel数据文件，制作演示文稿(PowerPoint文稿)，在学期末进行公开答辩。在整个过程中，教师是“总导演”、“观众”，学生既是“导演”又是“演员”。这样的教学模式，不仅能够提高学生基于互联网的办公自动化应用能力，而且能够培养学生的信息检索、分析和解决问题的能力、文档综合能力、自主学习能力、团队协作能力、语言表达能力、沟通交际能力等素质。
(2)程序设计类课程实验。开设不同层次、不同模块的实验项目，实验中逐步提高面向专业、面向应用的实验项目的比例。针对不同专业，设计不同的实验项目，从而真正体现面向专业、面向应用、培养创新的思想。实验模块内容的设计思路如下：模块分为单元模块、综合模块和CDIO(构思、设计、实现、运作)设计模块，每一个模块内部由多个实验项目构成，分别培养学生的基本编程能力、面向专业综合应用能力、团队合作创新能力。
学生选模块时，所有单元模块必选，综合模块根据学生专业必须选一个；对于单元模块内的项目，基于一定的规则选择不同层次的必修项目和选修项目；对于学生所选综合模块内的实验项目，全部为必修。
将综合模块内面向专业应用综合性、设计性的大实验，划分为若干实验项目，分散到每次实验教学中。学生选课后，系统会自动将单元模块内学生选择的实验项目和综合模块内相应的实验项目进行合并，构成学生每一次实验内容。
在实验课程结束后，学生可将各个拆开的实验项目综合成一个完整的大实验，能很好地培养学生的综合设计能力并提高专业应用的能力。这就是“项目导入、任务驱动”的实践教学模式。
二、基于开放的计算机基础实验教学环境
1、开放式教学管理系统的研究
基于上述实验教学体系，实行开放式计算机基础实验教学后，传统的行政班被打破，取而代之的是通过“大学计算机基础实验预约系统”预约实验形成的教学班。教师面对的是不同专业的学生，要保证大学计算机基础实验时间开放、内容开放、兴趣开放、创新基地开放，保证正常的教学秩序，必须依靠先进的管理手段。通过开放式教学管理系统，可以保证实验教学中心对实验时间进行适当调控，以兼顾学生需要和实验室资源利用率，同时保证教学的正常运行以及对学生的考核评价。
计算机基础教学资源通过系统统一管理，系统主要包括实验预约模块、实验过程评价模块、实验考试系统、中心设备状态运行模块、手机辅助教学模块、教学质量监控模块。通过大学计算机基础实验预约模块学生可以通过进行实验预约、查询实验进程和实验成绩；任课教师可以查询本人课表，了解选课学生的时间分布和专业分布以及学生名单。实验过程评价模块是用于加强学生平时每次实验的考核，从实验预习准备、实验过程到实验结果、实验报告等方面进行全面评价、严格考核。实验考试系统用于对学生进行上机考试，考试试题均由计算机科学系组织教师根据我校实验项目实际编写，学生考试后，管理员可以根据过程考核成绩和考试成绩进行期末总评成绩计算、成绩统计分析，最后按班打印计算机基础实验考核成绩单。实验中心设备状态运行模块是为了保证实验教学中心所有设备的及时维护或维修，能够及时了解每套仪器设备的运行状态。手机辅助教学模块是为了及时向预约实验的学生 发布预约信息等大学计算机基础实验教学信息。教学质量监控模块用于实验教学质量的监控，学生每次实验完成后在实验教学质量监控系统中针对任课教师的教学情况、实验室的实验设备、实验项目等进行评分。另外，还在网上公布实验设备、实验条件、实验项目、实验室布局等，吸引全校学生到实验室，提供友好清晰的选课信息，做好学生预约选课的引导工作。
2、开放式教学管理系统的形式
大学计算机基础实验开放主要是给学生提供一个良好的开放式的实验环境，包括时间开放、实验项目开放、兴趣开放、创新基地开放，充分体现“以人为本”的理念。时间开放是指学生可以根据自己的学习时间和学习习惯，任意选择实验时间来完成实验项目。通过时间开放，打破了以专业划分的行政班，将行政班级转化为教学班级，真正建立“以学生为主体，选课制为核心”的学分制教学管理模式。
实验项目开放、兴趣开放是指实验教学中心给学生提供足够的选择空间。学生根据自己的专业、兴趣设计各自的实验方案，预约实验项目。在实验过程中，根据自己的实际情况修改实验方案。同时，实验室还提供一系列的设计性实验，为学生挖掘创新潜力提供条件。
创新基地开放是指学生可以选择指导教师，由老师指导大学生科技创新基金(SRF)、大学生计算机竞赛、学校和国家大学生创新性实验等，从而培养学生的创新能力。同时学生在大学计算机必修课之外的时间，可以通过预约管理系统预约创新实验以及一些由老师和学生开发的综合应用实验。
3、开放式实验教学流程
根据开放式实验教学体系的构建思路，我们设计了如下图所示的教学流程。
三、加强师资队伍，破解质量难题
“教师是当前提高教学质量的决定性因素”已成为大家共识。师资队伍建设是加强实验教学改革的重要内容，是实现学生能力培养的关键，其目标是建设一支素质较高、热爱计算机实验教学、相对稳定的师资队伍。我们经过十余年的探索，使师资队伍的质量实现了较好的发展，采取的办法主要有以下三个方面。
1、采取“引进、培养、留住骨干”三条措施壮大队伍。为实验教学人员营造良好的工作、学习和发展的空间，为每个愿意通过努力而获得个人发展的教师提供环境和条件。在2004年之后，師资状况大为好转，几年来，计算机科学系先后引进了6名博士、15人在职攻读博士，6人获得高级职称。
2、加强团队建设、提高执行力。计算机系针对计算机基础课程组建了教学团队，教学团队下面设置课程组，每个课程有具体负责人和核心骨干成员，从而形成了队伍建设的梯队设置。同时，用好各种政策，把出国进修、国内交流、参与教学科研项目、教材编写、晋升等机会落实到为计算机科学系建设作出贡献的人员。考核内容不仅包括本职工作，还包括教学工作量规定之外的非量化、工资中不体现的工作；计算机科学系不仅鼓励教学好，而且鼓励积极投身实验教学改革。
3、加强学科交叉融合、提升队伍水平。为了进一步加深计算机同其他各个学科专业交叉与融合，学院邀请相关专家给计算机科学系教师讲授遗传学、分子生物学等课程，支持教师攻读校内农科博士研究生。计算机科学系将教师固定到相应的院系授课，教师通过参加相应院系的教学活动和科研课题，既深入了解了学生的专业知识背景，又提高了自身的科研水平。这些举措使得年轻教师有很好的发展空间，对稳定队伍起到了重要作用。
参考文献：
[1]冯博琴，以能力培养为核心的计算机基础实验教学研究与探索[J]，中国大学教学，2006(12).
[2]陈国良，抓住实施“质量工程”机遇提高高校计算机基础教育水平[J]，中国大学教学，2008(4).
[3]陈文革，计算机基础课程实验教学体系建设的实践与探索[J]，计算机教育，2007(11).
[4]王建勇，计算机基础课程体系的改革与实践[J]，中国大学教学，2008(4).
[5]王平祥，高等农业院校实验教学中心建设的思考与实践[J]，实验技术与管理，2008(25).
[6]邓秀新，农业高校创建研究型大学的思考[J]，高等农业教育，2008(1).
[基金项目：湖北省高等学校省级教学研究项目“高等农业院校开放式计算机基础实践教学体系的研究与实践”(2010131)]
[责任编辑：余大品]
关键词：计算机基础；实验教学体系；开放式；教学改革
近年来，计算机基础教学面临两大挑战：一是要促进计算机与其他学科专业交叉与融合，二是要努力提高学生运用信息技术解决实际问题的能力。应对挑战的有效路径之一是要按“以人为本，夯实基础、面向应用、培养创新”的教育理念来有效提高实验教学质量。然而，目前计算机基础实验教学还存在许多与社会信息化建设需求不相适应的问题，如师生认识不够，教学方法落后，实验指导不到位，队伍力量薄弱，实验条件差，实验内容陈旧，脱离各个专业领域应用方向，综合性、设计性和创新性项目偏少，考核评价体系单一等。
以下结合华中农业大学理学院计算机科学系近10年来的改革和探索，介绍在基于开放、综合、创新的环境下，以培养学生实践创新能力为核心的计算机基础实验教学改革的一些措施与体会。
一、构建以能力为导向的分类分层次培养的实验教学体系
华中农业大学理学院计算机科学系承担了本校信息类专业的全部专业教学和非计算机专业本科生所有计算机基础课程的教学任务。每学年学生人数达10000余人，年累计实验学时为28万学时。经过十余年的建设与摸索，计算机科学系坚持实验建设与课程建设齐头并进的原则，根据“精讲多练”的教学思想，将所有实验课程单独设课。改变了实验依附理论教学的尴尬局面，逐步构建了适合普通高等农林院校的以能力为导向的分类分层次模块化的计算机基础实验教学体系。2004年在教指委提出的“1+X”课程改革方案基础上，我们将分类分层次思想进行了拓展，从“学科专业、知识结构、培养层次”和“知识点、技能点”两个方面来构建立体化的实验教学体系，提出了“2+X”的实验教学设计思路，即2门必修课加x门选修课。实践表明，这种方案符合了目前計算机基础实验教学的实际需求。
1、开放式实验教学体系的构建
为了实现“以学生为主体，教师为主导”的实验教学理念以及“计算机基础教学服务于专业人才培养”的目标，提高学生综合及创造性地运用计算机知识解决实际问题的能力，提高学生的科学素养及文化素养，实现师资、设备、场地等资源的优化组合，整体提高实验教学的效率和效果，我们设计了构建了如下表所示的实验教学体系。
其中，将计算机基础实验课程划分为大学计算机基础实验、程序设计实验、公选课实验、创新性实验4个层次：为使计算机基础实验课程的教学服务于各专业人才培养目标，将各专业划分为农林、理工、人文3个类别。在分层次、分类别的基础上，实现了适应学校不同专业特点的计算机基础实验教学课程体系。
2、开放式实验教学体系的实施
(1)大学计算机基础实验模块。实验模块分为单元模块、综合模块和设计模块，每一个模块内部由多个实验项目构成。单元模块由基础验证型实验项目和单元综合型实验项目构成，培养学生的基本操作能力。综合模块由面向应用的横跨多个单元模块的综合实验项目构成，培养学生的综合应用能力。设计模块则主要培养学生的团队合作创新能力。在设计模块中，教师在第一次理论讲解课上，结合实例向学生讲解整个流程，然后将学生分组，并与各小组协商分配题目，题目尽量突出专业与兴趣；小组围绕题目主题，划分若干个子任务。分配给每个成员；每个小组成员利用课外时间从互联网上收集信息，并写成论文(Word文档)，数据通过Excel软件处理，形成Excel数据文件，制作演示文稿(PowerPoint文稿)，在学期末进行公开答辩。在整个过程中，教师是“总导演”、“观众”，学生既是“导演”又是“演员”。这样的教学模式，不仅能够提高学生基于互联网的办公自动化应用能力，而且能够培养学生的信息检索、分析和解决问题的能力、文档综合能力、自主学习能力、团队协作能力、语言表达能力、沟通交际能力等素质。
(2)程序设计类课程实验。开设不同层次、不同模块的实验项目，实验中逐步提高面向专业、面向应用的实验项目的比例。针对不同专业，设计不同的实验项目，从而真正体现面向专业、面向应用、培养创新的思想。实验模块内容的设计思路如下：模块分为单元模块、综合模块和CDIO(构思、设计、实现、运作)设计模块，每一个模块内部由多个实验项目构成，分别培养学生的基本编程能力、面向专业综合应用能力、团队合作创新能力。
学生选模块时，所有单元模块必选，综合模块根据学生专业必须选一个；对于单元模块内的项目，基于一定的规则选择不同层次的必修项目和选修项目；对于学生所选综合模块内的实验项目，全部为必修。
将综合模块内面向专业应用综合性、设计性的大实验，划分为若干实验项目，分散到每次实验教学中。学生选课后，系统会自动将单元模块内学生选择的实验项目和综合模块内相应的实验项目进行合并，构成学生每一次实验内容。
在实验课程结束后，学生可将各个拆开的实验项目综合成一个完整的大实验，能很好地培养学生的综合设计能力并提高专业应用的能力。这就是“项目导入、任务驱动”的实践教学模式。
二、基于开放的计算机基础实验教学环境
1、开放式教学管理系统的研究
基于上述实验教学体系，实行开放式计算机基础实验教学后，传统的行政班被打破，取而代之的是通过“大学计算机基础实验预约系统”预约实验形成的教学班。教师面对的是不同专业的学生，要保证大学计算机基础实验时间开放、内容开放、兴趣开放、创新基地开放，保证正常的教学秩序，必须依靠先进的管理手段。通过开放式教学管理系统，可以保证实验教学中心对实验时间进行适当调控，以兼顾学生需要和实验室资源利用率，同时保证教学的正常运行以及对学生的考核评价。
计算机基础教学资源通过系统统一管理，系统主要包括实验预约模块、实验过程评价模块、实验考试系统、中心设备状态运行模块、手机辅助教学模块、教学质量监控模块。通过大学计算机基础实验预约模块学生可以通过进行实验预约、查询实验进程和实验成绩；任课教师可以查询本人课表，了解选课学生的时间分布和专业分布以及学生名单。实验过程评价模块是用于加强学生平时每次实验的考核，从实验预习准备、实验过程到实验结果、实验报告等方面进行全面评价、严格考核。实验考试系统用于对学生进行上机考试，考试试题均由计算机科学系组织教师根据我校实验项目实际编写，学生考试后，管理员可以根据过程考核成绩和考试成绩进行期末总评成绩计算、成绩统计分析，最后按班打印计算机基础实验考核成绩单。实验中心设备状态运行模块是为了保证实验教学中心所有设备的及时维护或维修，能够及时了解每套仪器设备的运行状态。手机辅助教学模块是为了及时向预约实验的学生 发布预约信息等大学计算机基础实验教学信息。教学质量监控模块用于实验教学质量的监控，学生每次实验完成后在实验教学质量监控系统中针对任课教师的教学情况、实验室的实验设备、实验项目等进行评分。另外，还在网上公布实验设备、实验条件、实验项目、实验室布局等，吸引全校学生到实验室，提供友好清晰的选课信息，做好学生预约选课的引导工作。
2、开放式教学管理系统的形式
大学计算机基础实验开放主要是给学生提供一个良好的开放式的实验环境，包括时间开放、实验项目开放、兴趣开放、创新基地开放，充分体现“以人为本”的理念。时间开放是指学生可以根据自己的学习时间和学习习惯，任意选择实验时间来完成实验项目。通过时间开放，打破了以专业划分的行政班，将行政班级转化为教学班级，真正建立“以学生为主体，选课制为核心”的学分制教学管理模式。
实验项目开放、兴趣开放是指实验教学中心给学生提供足够的选择空间。学生根据自己的专业、兴趣设计各自的实验方案，预约实验项目。在实验过程中，根据自己的实际情况修改实验方案。同时，实验室还提供一系列的设计性实验，为学生挖掘创新潜力提供条件。
创新基地开放是指学生可以选择指导教师，由老师指导大学生科技创新基金(SRF)、大学生计算机竞赛、学校和国家大学生创新性实验等，从而培养学生的创新能力。同时学生在大学计算机必修课之外的时间，可以通过预约管理系统预约创新实验以及一些由老师和学生开发的综合应用实验。
3、开放式实验教学流程
根据开放式实验教学体系的构建思路，我们设计了如下图所示的教学流程。
三、加强师资队伍，破解质量难题
“教师是当前提高教学质量的决定性因素”已成为大家共识。师资队伍建设是加强实验教学改革的重要内容，是实现学生能力培养的关键，其目标是建设一支素质较高、热爱计算机实验教学、相对稳定的师资队伍。我们经过十余年的探索，使师资队伍的质量实现了较好的发展，采取的办法主要有以下三个方面。
1、采取“引进、培养、留住骨干”三条措施壮大队伍。为实验教学人员营造良好的工作、学习和发展的空间，为每个愿意通过努力而获得个人发展的教师提供环境和条件。在2004年之后，師资状况大为好转，几年来，计算机科学系先后引进了6名博士、15人在职攻读博士，6人获得高级职称。
2、加强团队建设、提高执行力。计算机系针对计算机基础课程组建了教学团队，教学团队下面设置课程组，每个课程有具体负责人和核心骨干成员，从而形成了队伍建设的梯队设置。同时，用好各种政策，把出国进修、国内交流、参与教学科研项目、教材编写、晋升等机会落实到为计算机科学系建设作出贡献的人员。考核内容不仅包括本职工作，还包括教学工作量规定之外的非量化、工资中不体现的工作；计算机科学系不仅鼓励教学好，而且鼓励积极投身实验教学改革。
3、加强学科交叉融合、提升队伍水平。为了进一步加深计算机同其他各个学科专业交叉与融合，学院邀请相关专家给计算机科学系教师讲授遗传学、分子生物学等课程，支持教师攻读校内农科博士研究生。计算机科学系将教师固定到相应的院系授课，教师通过参加相应院系的教学活动和科研课题，既深入了解了学生的专业知识背景，又提高了自身的科研水平。这些举措使得年轻教师有很好的发展空间，对稳定队伍起到了重要作用。
参考文献：
[1]冯博琴，以能力培养为核心的计算机基础实验教学研究与探索[J]，中国大学教学，2006(12).
[2]陈国良，抓住实施“质量工程”机遇提高高校计算机基础教育水平[J]，中国大学教学，2008(4).
[3]陈文革，计算机基础课程实验教学体系建设的实践与探索[J]，计算机教育，2007(11).
[4]王建勇，计算机基础课程体系的改革与实践[J]，中国大学教学，2008(4).
[5]王平祥，高等农业院校实验教学中心建设的思考与实践[J]，实验技术与管理，2008(25).
[6]邓秀新，农业高校创建研究型大学的思考[J]，高等农业教育，2008(1).
[基金项目：湖北省高等学校省级教学研究项目“高等农业院校开放式计算机基础实践教学体系的研究与实践”(2010131)]
[责任编辑：余大品]